DE3438375C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur induktiven Beheizung von Walzen, wie sie im Ober­ begriff des Anspruchs 1 wiedergegeben ist.

Eine derartige Einrichtung ist durch die DE-OS 33 40 683 bekannt. Auf einem parallel zur Wal­ zenachse verlaufenden Träger sitzt eine Vielzahl von elektromagnetischen Spulen mit bis nahe an die Walzenoberfläche reichenden Polschuhen. Die ein­ zelnen Magnetisierungsströme können mittels Regel­ transformatoren, Regelumformern und/oder Frequenz­ umformern separat voneinander gesteuert werden, so daß die Temperatur zonenweise unterschiedlich ein­ gestellt werden kann.

Aus dem Prospektblatt "The Way to control Caliper/Hardness Profile" der Firma Devron Engineering Ltd. in North Vancouver, B. C., Canada, geht eine ähn­ liche Einrichtung hervor, bei der die einzelnen mit Spulen versehenen Polschuhe über die ganze Länge der Walze dicht bei dicht angeordnet und durch hy­ draulische Zylinder wahlweise einzeln von der Walzenoberfläche wegschwenkbar sind. Die Einrichtung soll zur Einstellung eines bestimmten Kalibers über die Temperatur bzw. das Temperaturprofil dienen.

Beiden bekannten Konstruktionen ist gemeinsam, daß der Aufwand zur Bereitstellung der verschiedenen und separat voneinander steuerbaren Spulenströme er­ heblich ist. Es muß eine der Zahl der Spulen ent­ sprechende Zahl von Regeltransformatoren und Umformern vorhanden sein. Es ist dadurch zwar eine zonen­ weise unterschiedliche Beheizung möglich, doch ist der apparative Aufwand, verglichen etwa mit einer herkömmlichen Durchflußbeheizung, mit der allerdings im allgemeinen keine zonenweise unterschiedlichen Temperaturen erzeugt werden können, ganz wesentlich erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ent­ sprechenden Art so auszugestalten, daß eine Beein­ flussung des Temperaturprofils bei einer induktiven Beheizung mit geringem Aufwand möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die "Leiterschleife" ist keine im wesentlichen auf einen Punkt konzentrierte Spule mit vielen Win­ dungen, sondern umfaßt nur eine Windung, die etwa haarnadelförmige Gestalt aufweist, sich längs der Walze parallel zu deren Oberfläche erstreckt und mit den freien Enden ihrer Schenkel an die Strom­ versorgung angeschlossen ist.

Auf den Schenkeln sind die "Konzentratoren" ange­ ordnet. Hierunter sollen polstückartige Gebilde aus ferro­ magnetischem Material verstanden werden, die zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten innerhalb der Polstücke wie Trans­ formatorkerne aus aufeinandergeschichteten, gegeneinander isolierten Blechen aufgebaut sind. Während die Energieüber­ tragung auf die Längseinheit der Walze längs der Leiter­ schleife einen bestimmten konstanten Wert einnimmt, konzen­ triert sich der Fluß im Bereich eines Konzentrators be­ trächtlich, so daß die Energieübertragung und damit auch die Wärmeerzeugung in der Walze in dem Einflußbereich des Konzentrators steigen.

Auf diese Weise kann bei einer an sich über die Wal­ zenlänge gleichmäßigen Beheizung mit geringem Aufwand ein Profil in Gestalt einer lokalen Erhöhung aufgebracht werden, was inbesondere an den Enden der Walzen häufig notwendig ist, weil dort erhöhte Wärmeverluste durch Abstrahlung oder Abströmung in die Walzenzapfen vorliegt und die Tempe­ ratur bei gleichmäßiger Beheizung abfallen würde. Natürlich können Korrekturen der Temperaturverteilung auch an belie­ bigen sonstigen Stellen vorgenommen werden.

Der wesentliche Punkt hierbei besteht in der Verrin­ gerung des Aufwandes. Es ist nur eine Stromversorgung der Leiterschleife erforderlich, und es wird die gewünschte Ungleichmäßigkeit durch rein mechanisches Anbringen eines Metallstücks erzeugt, was auf einfachste Weise zu bewerk­ stelligen ist und ein Temperaturprofil ergibt, welches durch die Anbringung der Sättigungsspule ohne Verlagerung des Konzentrators in radialer Richtung feinfühlig steuerbar ist.

Eine solche Sättigungsspule sitzt etwa auf der der Walze abgewandten Rückseite des den Konzentrator bildenden Polstücks und bewirkt eine Vorabsättigung steuerbaren Grades, die die Konzentrations- und Energieübertragungs­ wirkung des Konzentrators schwächt. Natürlich ist auch für das Betreiben der Sättigungsspule eine eigene Stromversor­ gung neben der Haupt-Stromversorgung der Leiterschleife notwendig, doch sind die für eine Sättigungsspule notwen­ digen Leistungen viel geringer, als wenn separate Induktoren unabhängig voneinander beaufschlagt werden müssen, wie es im Stand der Technik der Fall ist.

Der Form eines länglichen Werkstücks angepaßte Leiter­ schleifen mit Konzentratoren sind für sich genommen aus dem DE-GM 72 30 941 und der DE-OS 29 32 438 bekannt. Eine gerade Leiterschleife mit Konzentratoren geht aus der DE-PS 27 28 296 hervor, allerdings zur Beheizung von laufenden Blechbahnen und nicht in Kombination mit Sättigungsspulen.

Grundsätzliches zur Beeinflussung eines induktiven Feldes durch zusätzliche Leiter ist aus der DE-PS 9 08 895 zu entnehmen.

Zur Anpassung an die Bedürfnisse hinsichtlich der Stelle und der Stärke der Einwirkung können die Konzentra­ toren gemäß Anspruch 2 verlagerbar sein.

Die bevorzugte Ausführungsform ist Gegenstand des Anspruchs 3. Die Konzentratoren sind hierbei in ihrer Gestalt dem Querschnitt der Leiterschleife angepaßt, werden von dieser getragen und lassen sich auf dieser in ihrer Längsrichtung verschieben.

Eine durchaus in Betracht kommende und in vielen Fällen ausreichende Ausführungsform beinhaltet, daß die Konzentratoren von Hand an die gewünschte Stelle gesetzt werden.

Es ist aber auch möglich, diesen Vorgang zu automati­ sieren und die Verlagerung sowohl längs der Walze auch in radialer Richtung mittels einer Stellvorrichtung vorzu­ nehmen (Anspruch 4), die die Konzentratoren auf der Leiter­ schleife an eine solche Stelle und in einen solchen Abstand bringt, wie es etwa anhand von Meßwerten der Warenbahn, zum Beispiel Feuchtigkeits- oder Dickenwerten einer Papierbahn notwendig erscheint. Die Abnahme von Meßwerten an der Bahn ist indessen durchaus nicht zwingend; es kann auch ein vor­ gegebenes Temperaturprofil auf der Walze selbst eingesteuert werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Walze mit der erfindungsge­ mäßen Beheizungseinrichtung von oben.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen Teilquerschnitt nach der Linie III-III in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

Fig. 4 zeigt einen Teilschnitt in einer achs­ parallelen Ebene durch einen Konzentrator.

Die in Fig. 1 als Ganzes mit 10 bezeichnete Walze ist zum Zusammenwirken mit einer Gegenwalze 20 (Fig. 2) bestimmt und bildet mit dieser einen Walzenspalt 1. Die Walze 10 ist zwar in Fig. 2 überwiegend durchgehend schraf­ fiert, doch muß es sich durchaus nicht um eine massive Walze handeln, sondern es kann die Walze 10 auch als durchbiegungssteuerbare Walze mit einer um einen fest­ stehenden Kern 2 umlaufenden Hohlwalze 3 ausgebildet sein, die über ein hydraulisches Medium von innen an dem Kern 2 abgestützt ist. Die arbeitende Oberfläche der Walze 10 wird im allgemeinen aus Stahl, d. h. einem elektrisch leitfähigen Material, bestehen. Es ist aber nicht ausge­ schlossen, daß sie auf der Oberfläche eine Beschichtung aus einem anderen Material trägt. Es muß lediglich im Bereich der Oberfläche eine Schicht aus elektrisch leit­ fähigem Material vorhanden sein, weil andernfalls die induktive Beheizung nicht funktioniert.

Die induktive Beheizung der Walze 10 wird in dem Ausführungsbeispiel mittels einer als Induktor dienenden Leiterschleife 4 bewerkstelligt, die aus einer einzigen Windung besteht. Die Leiterschleife 4 ist haarnadelförmig gebogen und erstreckt sich in dem Ausführungsbeispiel über die ganze Länge der Walze 10. Sie kann jedoch auch nur einen Teilbereich der Länge einnehmen, beispiels­ weise etwa die Hälfte. Die Schenkel 4′, 4′′ der Leiter­ schleife 4 verlaufen parallel zur Walzenachse dicht außer­ halb deren Oberfläche und stehen in einem Radiuswinkel von 10-45°, in dem Ausführungsbeispiel etwa 30°, zueinander. An den freien unteren Enden der haarnadelförmigen Leiterschleife 4 sind die Anschlüsse an eine nicht wiedergegebene Stromversorgung bei 5 senkrecht aus der Zeichenebene herausgeführt.

Die Leiterschleife 4 besteht aus einem Rechteck- Kupferhohlprofil, dessen Hohlraum, wie aus Fig. 3 er­ sichtlich ist, von Kühlwasser durchströmt ist.

Wenn die Leiterschleife 4 mit einem Wechselstrom beschickt wird, bildet sich ein elektromagnetisches Feld aus, welches in die Oberfläche der Walze 10 eindringt und dort Wirbelströme verursacht, die durch Joule'sche Wärme eine Aufheizung der Walzenoberfläche bewirken. Je höher die Frequenz ist, desto geringer ist die Ein­ dringtiefe in die Oberfläche der Walze 10. Ohne Zusatz­ maßnahmen bewirkt die Leiterschleife 4 in der darge­ stellten Ausführung eine im wesentlichen gleichmäßige Erwärmung der Walze 10 über ihre Länge.

Um an einzelnen Stellen der Walzenlänge lokal mehr Wärme in der Walze 10 zu erzeugen, sind Konzentra­ toren 6, 7 in Gestalt auf einen Schenkel der haarnadel­ förmigen Leiterschleife 4 aufgesetzter Polstücke vor­ gesehen. Die Konzentratoren 6, 7 sind in dem Ausführungs­ beispiel in der Nähe der Enden der Walze 10 vorgesehen, weil dort die Wärmeabfuhr durch Strahlung und Leitung in die Walzenzapfen stärker ist als im Innern der Walze und sich bei gleichmäßiger Wärmezufuhr über die Länge an den Enden Temperaturabfälle einstellen würden. Die Endabfälle der Temperatur werden also durch die Konzen­ tratoren 6 in der in Fig. 1 wiedergegebenen Stellung angehoben. Die Anbringung der Konzentratoren an den Enden ist jedoch nicht zwingend. Bei Bedarf können Konzentratoren auch an anderen Stellen im Inneren der Walzenlänge vorgesehen werden, wie in Fig. 1 gestrichelt angedeutet.

Ebenso können die Konzentratoren 6, 7 in Längs­ richtung der Leiterschleife 4 von Hand oder durch eine geeignete Stellvorrichtung 33 verlagert werden, wie es in Fig. 1 durch die Pfeile 6′, 7′ angedeutet ist. Auch ist eine radiale Verlagerung im Sinne des Pfeiles 11 in Fig. 2 möglich, sei es zusammen mit der Leiter­ schleife 4, sei es relativ zu dieser.

Die Stellvorrichtung 33 ist in Fig. 2 nur sche­ matisch dargestellt. An der Bahn 30, die von der Walze 10 bearbeitet worden ist, sind Meßfühler 31 angeordnet, deren Signale in einer Steuervorrichtung 32 verarbeitet und der Stellvorrichtung 33 zugeleitet werden, die über eine geeignete Wirkverbindung 34 mit den Konzentratoren, zum Beispiel dem Konzentrator 6, verbunden ist und diese in axialer und/oder radialer Richtung in Abhängigkeit von dem an der Bahn 30 gemessenen Eigenschaftsprofil verlagern.

Die Ausbildung der Konzentratoren ist am Bei­ spiel des Konzentrators 7 in den Fig. 3 und 4 ersichtlich. Der Konzentrator 7 besteht aus einem U-förmigen Joch, dessen Schenkel 8 gegen die Oberfläche der Walze 10 ge­ richtet und dieser angepaßt sind und bis dicht vor die Walzenoberfläche reichen. In den Innenraum des U-förmigen Jochs paßt das Rechteckprofil des einen Schenkels 4′ der Leiterschleife 4 gerade hinein, so daß dieser Schenkel 4′ den Konzentrator 7 tragen kann und dieser leicht darauf angebracht und davon entfernt sowie in Längsrichtung darauf verschoben werden kann.

Die Konzentratoren 6, 7 sind nach Art von Trans­ formatorkernen aufgebaut, d. h. sie bestehen aus einzel­ nen, in Radialebenen der Walze 10 angeordneten Dynamo­ blechen 9, die zu einem Paket zusammengefügt und durch dazwischen befindliche Isolierschichten 12 in Gestalt geeigneter Isolierlackschichten voneinander getrennt sind, damit sich nicht die Konzentratoren 6, 7 selbst erwärmen.

Bei dem Konzentrator 7 ist, wie aus den Fig. 1 und 3 ersichtlich ist, auf der der Walze 10 abgewandten Rückseite, d. h. auf der Außenseite des die Schenkel 8 verbindenden Steges 13, eine als Topfspule ausgebildete Sättigungsspule 14 angebracht, die über Leitungen 15 mit Gleichspannung versorgt werden kann. Die Sättigungs­ spule 14 bewirkt je nach Stärke ihrer Beaufschlagung eine teilweise oder vollständige Vorabsättigung des Konzentrators 7, wodurch seine Fähigkeit, als magne­ tisches Polstück zu wirken, teilweise oder vollständig verschwindet. Auf diese Weise kann die Einwirkungsstärke der Konzentratoren 7 gesteuert werden, ohne daß man eine Verlagerung im Sinne des Pfeiles 11 (Fig. 2) vornehmen muß, was wegen des damit verbundenen mechanischen Auf­ wandes unter Umständen erwünscht ist. Auch lassen sich auf diese Weise auch bei einer einstückigen Leiter­ schleife, die ja nur als Ganzes bewegt werden könnte und bei einer Bewegung alle darauf sitzenden Konzen­ tratoren mitnehmen würde, die einzelnen Konzentratoren unterschiedlich beeinflussen.

Claims (4)

1. Einrichtung zur induktiven Beheizung von Walzen, die zumindest an oder in der Nähe der arbei­ tenden Walzenoberfläche aus elektrisch leitendem Material bestehen, mit mindestens einer dicht außer­ halb der Walzenoberfläche angeordneten, in dem elektrisch leitenden Material der Walze Wirbelströme erzeugenden stromdurchflossenen Spule, mittels deren die Stärke der erzeugten Wirbelströme und damit die Heizwirkung zonenweise steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule als Leiterschleife (4) mit nur einer Windung und im wesentlichen achs­ parallelen Schenkeln (4′, 4′′) ausgebildet ist, die sich über mindestens einen Teil der Länge der Walze (10) erstrecken und auf denen im Verhältnis zur Länge der Schenkel (4′, 4′′) kurze, polstückartige Konzentratoren (6, 7) angeordnet sind, mittels deren der elektromagne­ tische Fluß auf entsprechend schmale Zonen der Walzen­ länge konzentrierbar ist, und daß mindestens einem Konzentrator (7) eine an ihm angeordnete, mit steuer­ barer Leistung beaufschlagbare Sättigungsspule (14) zugeordnet ist, deren elektromagnetisches Feld auf den Konzentrator (7) einwirkt und das Material des Konzen­ trators (7) teilweise oder vollständig in das Gebiet der magnetischen Sättigung bringt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Konzentratoren (6, 7) gegenüber der Walze (10) in axialer (6′, 7′) und/oder radialer (11) Richtung verlagerbar sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Konzentratoren (6, 7) auf den Schenkeln (4′, 4′′) der Leiterschleife (4) in deren Längsrichtung verschiebbar sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stellvorrichtung vorgesehen ist, mittels deren die Verlagerung in Abhängigkeit von an der von der Walze (10) behandelten Warenbahn (30) ermittelten Meßwerten steuerbar ist.